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- 저자 : Sooseok Choi(최수석) (검색결과 6 건)
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최수석 ( Sooseok Choi ) 한국공업화학회 2022 공업화학전망 Vol.25 No.1
열플라즈마는 수천 도에서 만 도 이상에 이르는 높은 온도를 바탕으로 나노물질의 합성과 폐기물의 고도처리와 같은 분야에 이용되고 있다. 열플라즈마를 발생시키는 장치인 플라즈마 토치는 전기에너지를 이용하여 출력의 제어가 자유롭고 다양한 방전기체를 적용할 수 있기 때문에, 전통적인 방법으로는 어려운 새로운 산업공정에 적용할 수 있다. 통상 열플라즈마를 이용하여 원료물질을 완전 기화시킨 다음 응축하여 합성된 나노물질의 크기는 수 nm에서 100 nm 내외의 크기를 가지며, 냉각과정의 제어를 통해 결정성 및 크기의 제어가 가능하다. 열플라즈마를 이용한 폐기물 공정은 기본적으로 재래식 연소에 비해 높은 온도에서 이루어지므로 다이옥신과 같은 유해 물질의 제어가 가능하며, 과불화탄소와 같은 난분해성 온실기체를 높은 파괴율로 처리하기에도 유리하다. 전통적으로 열플라즈마는 용접과 절단, 세라믹 물질을 사용한 열장벽 코팅, 제철 및 제련과 같은 분야에 널리 사용되어 왔다. 최근 열플라즈마를 이용한 기능성 나노물질의 합성과 난분해성 온실기체의 분해 및 메탄변환을 통한 수소생산 등에 활용하고자 하는 연구가 주를 이루고 있다.
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아크 플라즈마를 이용한 과불화합물 처리공정에서 반응가스에 의한 효과
박현우(Hyun-Woo Park),최수석(Sooseok Choi),박동화(Dong-Wha Park) 한국청정기술학회 2013 청정기술 Vol.19 No.2
화학적으로 안정한 과불화합물을 처리하기 위해서는 많은 양의 에너지를 필요로 한다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 저전력 아크 플라즈마 시스템을 개발하였다. 분해대상은 CF₄, SF?, NF₃가 플라즈마 토치로 직접 주입되었으며, 아크 플라즈마 토치의 열효율을 측정하여 실출력을 계산하였다. 실출력과 폐기체 유량 변화 그리고 추가적인 반응가스에 의한 분해효율을 확인하였다. 또한 열역학적 평형조성 분석을 수행하여 실험 결과와 비교하였다. 토치의 열효율은 60~66%의 결과를 보였으며 폐가스 유량이 증가함에 따라 분해효율이 감소하였고 입력전력이 늘어남에 따라 분해효율이 상승되었다. 추가적인 반응가스가 없이 CF₄, SF?, NF₃의 분해효율은 입력전력이 3 kW, 폐가스 유량이 70 L/min인 조건에서 각각 4, 15, 90%를 보였다. 반응가스로 산소와 수소를 이용하여 분해효율을 급격하게 증가시킬 수 있었으며, 실험 결과 산소보다 수소를 사용하였을 경우가 분해효율 상승효과와 부산물 제어에 효과적인 것을 알 수 있었다. 수소의 경우, 발생되는 부산물은 불화수소산이었으며 이는 일반적인 습식 스크러버를 이용하여 처리가 용이한 물질이다. 수소를 이용한 화학반응에서 입력전력이 3 kW, 폐가스유량이 100 L/min인 조건에서 CF₄가 25%, SF?가 39%, NF₃가 99%의 분해효율을 각각 나타냈다. The treatment of chemically stable perflourocompounds (PFCs) requires a large amount of energy. An energy efficient arc plasma system has been developed to overcome such disadvantage. CF₄, SF? and NF₃ were injected into the plasma torch directly, and net plasma power was estimated from the measurement of thermal efficiency of the system. Effects of net plasma power, waste gas flow rate and additive gases on the destruction and removal efficiency (DRE) of PFCs were examined. The calculation of thermodynamic equilibrium composition was also conducted to compare with experimental results. The average thermal efficiency was ranged from 60 to 66% with increasing waste gas flow rate, while DRE of PFCs was decreased with increasing gas flow rate. On the other hand, DRE of each PFCs was increased with the increasing input power. Maximum DREs of CF₄, SF? and NF₃ were 4%, 15% and 90%, respectively, without reaction gas at the fixed input power and waste gas flow rate of 3 kW and 70 L/min. A rapid increase of DRE was found using hydrogen or oxygen additional gases. Hydrogen was more effective than oxygen to decompose PFCs and to control by-products. The major by-product in the arc plasma process with hydrogen was hydrofluoric acid that is easy to be removed by a wet scrubber. DREs of CF₄, SF? and NF₃ were 25%, 39% and 99%, respectively, using hydrogen additional gas at the waste gas flow rate of 100 L/min and the input power of 3 kW.
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플라즈마 풍동 시설용 분절형 아크 플라즈마 토치의 해석적 설계변수 해석
서준호(Jun-Ho Seo),최수석(Sooseok Choi),최성만(Seong-Man Choi),홍봉근(Bong-Gun Hong) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11
아크 채널 모델을 이용하여 플라즈마 온도를 매개로 플라즈마 입력전력과 전류 조건에 따른 간극 반지름(R) 및 간극팩 묶음 길이(L) 변수 계산이 가능한 해석해를 유도하고 이를 이용하여 300 A 전류조건에서 0.4 MW 급 분절형 아크 플라즈마 토치에 대한 해석적 설계 변수 해석을 수행하였다. 해석 결과, L < 1.25 m , R < 7.5 mm 에 대해, 고정된 R 값에서 L이 길어지거나 반대로 L 값이 일정할 때, R이 작아질수록 플라즈마 온도는 비례하여 증가하는 경향을 가지고 있음을 알 수 있었으며, 그 이상의 범위에서는 만족하는 플라즈마 온도 해가 없거나 2개 이상 존재하여 주어진 전류 및 전력조건에서 아크 플라즈마의 형성이 불가능하거나 불안정할 것으로 예측되었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 입력전류가 300 A 일 때 약 15,000 K의 아크 플라즈마 온도를 안정적으로 구현할 수 있을 것이라 여겨지는 0.4 MW 급 분절형 아크 플라즈마 토치의 간극 반지름 R 및 간극팩 묶음 길이 L 의 설계범위를 각각 5.5 mm ≤ R ≤ 7.0 mm, 0.5 m ≤ L ≤ 1.0 m 범위로 제안하였다. A parametric study is conducted for the segmented arc plasma torch with the input power and current of 0.4 MW and 300 A, respectively. For this purpose, we use the analytical relationship equations between plasma temperature, inner diameter (R) and length (L) of the torch constrictor at the given input power and current conditions based on the arc channel model. The results reveal that arc plasma temperatures show non-linear behavior or absence corresponding to the variations of L and R when their values become larger than 1.25 m and 7.5 mm, respectively. For L < 1.25 m and R < 7.5 mm, however, they can increase monotonically as L increase or R decrease when one of both parameters is fixed. From these parametric study results, optimum ranges of R and L are suggested as 5.5 mm ≤ R ≤ 7.0 mm and 0.5 m ≤ L ≤ 1.0 m for 0.4 MW class segmented arc plasma torch, under which stable arc plasma with the temperatures of ~15,000 K can be achived at the input currents of ~300 A.
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플라즈마 풍동 시설용 분절형 아크 플라즈마 토치의 이론적 설계변수 해석
서준호(Jun-Ho Seo),최수석(Sooseok Choi),최성만(Seongman Choi),홍봉근(Bong-Guen Hong) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회지 Vol.15 No.4
A parametric study is conducted for the design of segmented arc plasma torch with the input power and current of 0.4 ㎿ and 300 A, respectively. For this purpose, we use the analytical relationship between input power, current condition, plasma temperature, inner diameter (R) and length (L) of the torch constrictor based on arc channel model. The results reveal that arc plasma temperatures increase monotonically as increases or decreases for the ranges of R ≤ 7.5 ㎜ and L ≤ 1.25 m. For larger valuse of R and L than 7.5 ㎜ and 1.25 m, respectively, however, they show non-linear behavior corresponding to the variations of L, which stands for the generation of unstable arc plasma. From this parametric study, optimum ranges of R and L are suggested as 5.5 ㎜ ≤ R ≤ 7.5 ㎜ and 0.25 m ≤ L ≤ 0.5 m for 0.4 ㎿ class segmented arc plasma torch, under which stable arc plasma can be achieved at the input currents of ~300 A.
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